40Gb/s超快非线性干涉仪的实验分析

　　1　引　言

　　40 Gb/s作为一种未来光纤通信技术,具有目前低速系统不可比拟的多种优势[1]。但在光网络和波分复用(WDM)长途传输干线中,光纤的自相位调制(SPM)、交叉相位调制(XPM)、四波混频(FWM)与群速度色散(GVD)等不利因素,造成了脉冲序列到达时间抖动、光信号脉冲形状和频谱的畸变、消光比下降等现象,限制了整个系统和网络的传输速率和距离。40 Gb/s技术受此限制,发展比较缓慢。全光3R再生(即信号的再放大、再定时、再整形)技术由于对速率透明,不需要考虑不同信号的恶化原因,可保证网络的灵活性和扩展性等优点,成为克服这些不利因素的一个很好的途径。

　　全光3R再生的关键技术是全光非线性开关在高比特率和多波信号处理方面的发展。近年来通过对高速全光开关的研究分析,提出了一种称之为超快非线性干涉仪(UNI)的全光开关[2,3],有着极佳的性能、很好的稳定性和应用前景。目前它对数据的再生能力达到了40 Gb/s以上[4],对光时分复用(OTDM)数据的解复用能力也达到了160 Gb/s[2],利用它还可实现320 Gb/s的全光取样[5]。本组自2001年以来深入研究全光开关的原理与特性[6,7]。在国内已有的文献报道中,大多是对全光开关的数值模拟[8],本文则通过超快非线性干涉仪的传输函数介绍了它的工作原理,并进行了40 Gb/s的超快非线性干涉仪实验,取得了不错的效果。

　　2　超快非线性干涉仪的传输函数及工作原理

　　超快非线性干涉仪的实验框图如图1所示,下面结合超快非线性干涉仪的原理来分析其传输函数[9]。设探测光脉冲(probe)Ein经过起偏器(Polarizer1)后其偏振方向与第一段保偏光纤(PMF1)的主轴夹角为45°,探测光脉冲通过PMF1后分成两个互相垂直的偏振分量,并且它们之间产生一段延时Δt,形成相互正交的两个偏振光脉冲Ey和Ex(假设y轴方向脉冲传输较快),这段延时通常称为差分群延时(DGD),决定了超快非线性干涉仪开关窗口的宽度,其表达式为[10]

　　控制光脉冲(control)经过一个50∶50的耦合器插在两个偏振光分量之间耦合进入半导体光放大器(SOA)。由于控制光脉冲会影响半导体光放大器的折射率和增益的非线性,利用了半导体光放大器的交叉相位调制效应,因此它会使后一个偏振光的相位变化,设Gy(t),Gx(t)分别是半导体光放大器对前后脉冲的增益,φy(t),φx(t)分别是前后脉冲经过半导体光放大器后的相位,则经过半导体光放大器后前后脉冲的表达式为

　　PMF1的快慢轴和起偏器(Polarizer1)的偏振方向如图2(a)所示。

　　这两个光脉冲分量再经过第二段保偏光纤(PMF2)后合成一束线偏光。由于PMF2与PMF1特性、长度相同,快慢轴相反(即主轴正交),因此两个分离的探测光脉冲在经过PMF2后,在时间上重新重合,表达式如下: